Способы исправления программного кода

10 полезных советов для отладки и устранения неполадок в программировании

Новенький файл, открытый в текстовом редакторе, и ни одной написанной строчки кода…Каждый новый проект видится полным возможностей и перспектив…

Несколькими тысячами строк кода позже, тот же самый проект может оказаться отягощенным ошибками, из-за которых добавление новых функций становится головной болью, и падает энтузиазм программистов. Лучшие разработчики знают, как найти и устранить ошибки, и придерживаются лучших практик в разработке программного обеспечения, чтобы свести к минимуму, в первую очередь, возникновение ошибок.

Ни один программист никогда не напишет абсолютно верный код, но с некоторой практикой и решимостью вполне возможно писать чистый код , сдерживать ошибки и разрабатывать надежные программные системы.

Ваш набор инструментов для борьбы с ошибками

1. Оператор печати

Инструмент номер один для отладки кода – это опробованный и верный способ вставки операторов печати. В качестве равнозначной замены, для случаев, когда операторов печати много, и ими трудно управлять, может быть использована система протоколирования вместо операторов печати. Во многих языках программирования для этого есть в свободном доступе специальные библиотеки, как, например, библиотека logging , встроенная в Python.

Операторы печати – это самый быстрый, простой и непосредственный для программиста способ инспектирования значений данных и типов переменных. Правильно размещенные операторы печати позволяют программисту отслеживать поток данных на участке кода и быстро определять источник ошибки.

Не имеет значения, сколько передовых технологий используется, скромный оператор печати должен быть первым инструментом, к которому обращается программист, когда пытается отладить участок кода.

2. Отладчик

Отладчики исходного кода доводят метод отладки с помощью операторов печати до его логического завершения. Они позволяют программисту отследить по шагам выполнение кода строка за строкой и инспектировать все, что угодно, начиная от значений переменных и заканчивая состоянием виртуальной машины.

Большинство языков программирования имеют множество доступных отладчиков, которые предлагают различные возможности, включая графические интерфейсы, настройки точек останова для приостановки выполнения программы, и выполнение произвольного кода внутри среды исполнения.

Применение отладчика может быть излишним во многих ситуациях, но при надлежащем использовании, отладчик может стать мощным и эффективным инструментом. Для лучшего понимания возможностей отладчика, познакомьтесь с отладчиком Python pdb .

3. Система отслеживания ошибок

Использование какой-либо системы отслеживания ошибок является жизненно важным условием для нетривиальных проектов по созданию программного обеспечения. Типичная ситуация, которая складывается, когда не используют систему отслеживания ошибок, такова: программисты вынуждены разбираться в старых е-мейлах или переписке в чате в поисках информации об ошибках, или того хуже — единственным хранилищем информации об ошибках является память программиста.

Когда такое случается, некоторые ошибки неизбежно остаются неисправленными, и что более важно, их труднее обнаружить и устранить другие, связанные с ними ошибки.

Простой текстовый файл может служить начальной системой отслеживания ошибок для проекта. С ростом объема кода количество ошибок выйдет за рамки текстового файла.

Существует большой выбор систем отслеживания ошибок в программном обеспечении, как коммерческих, так и с открытым исходным кодом. Самым важным критерием в выборе такой системы является доступность для сотрудников-непрограммистов, которым нужно работать с файлом ошибок.

4. Верификация программ

В некоторых языках программирования верификатор может проводить статический анализ кода для обнаружения проблемных мест до того, как код будет откомпилирован или выполнен, а в других языках верификатор полезен для проверки синтаксиса и стиля написания.

Исполнение программы верификации внутри редактора во время написания кода или прогон кода через верификатор до компиляции и выполнения помогает программистам находить и исправлять неисправности до того, как они переросли в ошибки в исполняемом программном обеспечении.

Использование верификации позволяет значительно сэкономить время по отслеживанию источника неисправности, вызванных синтаксическими ошибками, опечатками, и некорректными типами данных. Чтобы получить более полное представление о возможностях верификатора, посмотрите Pyflakes , верификатор для Python.

5. Контроль версий

Также как и использование системы отслеживания ошибок, применение системы контроля версии – это самая лучшая практика в разработке программного обеспечения, которая не может быть игнорирована при разработке любого проекта значительного размера.

Системы контроля версии, такие как Git , Mercurial и SVN , позволяют разным версиям базы кода быть разделенными, основываясь на том, над чем работают или кто разрабатывает код. Разные версии могут быть объединены вместе, поэтому несколько программистов могут работать с базой кода в одно то же время, не создавая ошибки, которые могли бы повлиять на ход работы остальных разработчиков.

Системы контроля версий играют ключевую роль еще и потому, что позволяют программистам откатить изменения до более ранней версии кода, просто возвратившись в состояние базы до появления ошибок, не допуская при этом других ошибок, за исправление которых пришлось бы дорого поплатиться.

6. Модульность

Плохо спроектированный код – это главный источник трудно исправляемых ошибок. Если код легко понять, и он может быть « выполнен » в уме или на бумаге, есть большая вероятность, что программисты смогут быстро находить и исправлять ошибки.

Самый лучший способ добиться этого – писать функции, выполняющие что-то одно. А вот участок кода с большим количеством функций имеет большую склонность к возникновению ошибок, которые сложно отслеживать.

Проектирование компонентов программного обеспечения, которые осуществляет только одну функцию, часто называется модульным дизайном. Модульность помогает программистам рассматривать системы программного обеспечения в двух измерениях. Во-первых, модульность создает уровень абстракции, позволяющий думать о модуле системы без понимания всех деталей его работы.

Например, программист, разрабатывающий систему электронной коммерции, мог бы, рассматривая модуль обработки кредитной карты, видеть, как он связан с остальным кодом, не вдаваясь в детали самой обработки кредитной карты. С другой стороны, детали модуля (в нашем примере того, который занимается обработкой кредитной карты) могут быть рассмотрены и поняты без обращения к не имеющему отношение к этому модулю коду.

7. Автоматизированные тесты

Модульные тесты и другие типы автоматизированных тестов идут рука об руку с модульным программированием.

Автоматизированный код – это участок кода, который выполняет программу с определенными входными параметрами и проверяет, соответствует ли поведение программы ожидаемому.

Модульные тесты проверяют функционирование отдельных функций или методов класса, в то время как функциональные тесты проверяют специфичное поведение всей программы, а интеграционные тесты проверяют большие части системы или всю систему в целом.

Существует много фреймворков для тестирования, которые делают написание тестов легче. Многие из известных фреймворков, используемых сегодня, были получены из библиотеки JUnit, написанной Кентом Бентом (Kent Bent), одним из первых сторонников идеи разработки через тестирование. Стандартная библиотека Python включает свою версию JUnit под именем PyUni или просто unittest .

8. Метод «Плюшевый мишка» (или отладка «Резиновая уточка»)

Если верить легендам программирования Брайану Кернигану и Робу Пайку (Brain Kernighan и Rob Pike), отладка по типу «Резиновая уточка» возникла в университетском компьютерном центре, где студенты должны были садиться напротив плюшевого мишки и объяснять ему их ошибки, прежде чем обращаться за помощью к живому человеку.

Этот метод отладки оказался настолько эффективным, что быстро распространился во всем мире разработки программного обеспечения, и также как простой оператор печати, продолжает существовать по сей день, несмотря на то, что есть, казалось бы, более сложные инструменты. Практически все может заменить плюшевого мишку: резиновые уточки, как терпеливые слушатели, тоже пользуются спросом.

Важной частью этого метода является то, что нужно объяснять код и проблему вслух в простых и понятных терминах. Есть подобная методика, которая также полезна – вести журнал программирования, в который нужно записывать мысли о коде до и после его реализации.

9. Пишите комментарии к коду

Комментарии должны объяснять цель кода на низком уровне. Должна существовать возможность легко ответить на вопросы о том, что строка кода делает и как она это делает, прочитав сам код. Это достигается путем написания читаемого кода, который разработан настолько просто, насколько это возможно, и использует осмысленные имена для функций и переменных.

Комментарии к коду должны заполнять пробелы информации в максимально возможной степени, отвечая на такие вопросы, как: почему используется конкретная реализация, или как данный участок кода взаимодействует с остальной частью программы.

Написание хороших комментариев – это отличная практика разработки программного обеспечения даже в свободном от ошибок коде, но когда ошибки появляются, комментарии помогут сэкономить массу времени, затрачиваемого на понимание кода, написанного несколько дней, недель или даже месяцев назад.

10. Пишите документацию

В то время как комментарии описывают код на низком уровне, с точки зрения программиста, программная документация описывает функционирование всей системы в доступной для пользователей форме. В зависимости от типа разрабатываемого программного обеспечения, документация может описывать интерфейсы программирования, графические интерфейсы или рабочие процессы.

Написание документации демонстрирует понимание программной системы, и часто указывает на те части системы, которые не до конца понятны и являются вероятным источником ошибок.

На пути к мастерству: избавляемся от ошибок

Программирование – это, прежде всего, искусство. И также как для любого другого вида искусства, путь к мастерству в нем вымощен трудолюбием и стремлением учиться. Работа по изучению программирования никогда не заканчивается. Всегда есть что-то новое для изучения и новые способы по улучшению.

Какими из этих 10 средств отладки вы пользуетесь сейчас? Какими вы могли бы начать пользоваться с сегодняшнего дня? Какие из этих инструментов требуют времени на практику и освоения новых навыков?

Программисты пользуются преимуществом, которым только некоторые другие мастера могут когда-либо воспользоваться: самые лучшие инструменты и знания о программировании свободно и бесплатно доступны для всех, кто заинтересован в этом вопросе. Вы можете стать профи в отладке кода: все, что вы должны сделать для этого – просто взять инструменты по отладке и приступить к работе.

Источник

Что такое рефакторинг кода и зачем он нужен

Программу можно написать тысячей разных способов, и она будет работать. Но код придётся почистить.

Рефакторинг — это переработка исходного кода программы, чтобы он стал более простым и понятным.

Рефакторинг не меняет поведение программы, не исправляет ошибки и не добавляет новую функциональность. Он делает код более понятным и удобочитаемым.

Например, вот фрагмент на Python, создающий список из строки:

При рефакторинге его можно упростить, применив конструктор списков:

Результат работы программы не изменился, но код стал проще, компактнее и понятнее.

Последовательность таких небольших изменений может сильно улучшить качество проекта.

Программист, консультант, специалист по документированию. Легко и доступно рассказывает о сложных вещах в программировании и дизайне.

Зачем нужен рефакторинг

Стройный, хорошо структурированный код легко читается и быстро дорабатывается. Но редко удаётся сразу сделать его таким. Разработчики спешат, в процессе могут меняться требования к задаче, тестировщики находят баги, которые нужно быстро исправить, или возникают срочные доработки, и их приходится делать второпях.

В результате даже изначально хорошо структурированный исходник становится беспорядочным и непонятным. Программисты знают, как легко завязнуть в этом хаосе. Причём неважно, чужой это код или собственный.

Чтобы решить все эти проблемы, делается рефакторинг программы. В новом проекте он нужен, чтобы:

• сохранить архитектуру проекта, не допустить потери структурированности;
• упростить будущую жизнь разработчиков, сделать код понятным и прозрачным для всех членов команды;
• ускорить разработку и поиск ошибок.

Но любое приложение со временем устаревает: язык программирования совершенствуется, появляются новые функции, библиотеки, операторы, делающие код проще и понятнее. То, что год назад требовало пятидесяти строк, сегодня может решаться всего одной.

Поэтому даже идеальная когда-то программа со временем требует нового рефакторинга, обновляющего устаревшие участки кода.

Программный код предназначен не только для компьютера, но и для человека, который будет его дорабатывать. Плохо, если ему придётся неделю разбираться в исходниках, чтобы изменить в программе несколько строк. И не исключено, что этим человеком окажетесь вы сами.

Чем рефакторинг отличается от оптимизации

Рефакторинг — не оптимизация, хотя и может быть с нею связан. Часто его проводят одновременно с оптимизацией, поэтому понятия кажутся синонимами. Но у этих процессов разные цели.

Цель оптимизации — улучшение производительности программы, а рефакторинга — улучшение понятности кода. После оптимизации исходный код может стать сложнее для понимания.

После рефакторинга программа может начать работать быстрее, но главное — её код становится проще и понятнее.

Когда нужно срочно улучшать код

Признаки, показывающие, что назрела необходимость в рефакторинге:

• Программа работает, но даже небольшие доработки сильно затягиваются из-за того, что каждый раз приходится долго разбираться в коде.
• Разработчик постоянно не может точно сказать, сколько времени ему нужно на выполнение задачи, потому что «там надо вначале разбираться».
• Одинаковые изменения приходится вносить в разные места текста программы.

Такой код нужно срочно рефакторить, иначе он будет тормозить реализацию проекта и затруднять внесение правок.

Вообще рефакторинг нужно проводить постоянно. Делайте его каждый раз, после того как поменяли программу и убедились, что всё работает. Например, если добавили или изменили какую-то функцию, метод, класс или объявили новую переменную.

Как делают рефакторинг

Рефакторинг — это маленькие последовательные улучшения кода. Чистить можно всё, но в первую очередь найдите эти проблемы:

1. Мёртвый код. Переменная, параметр, метод или класс больше не используются: требования к программе изменились, но код не почистили. Мёртвый код может встретиться и в сложной условной конструкции, где какая-то ветка никогда не исполняется из-за ошибки или изменения требований. Такие элементы или участки текста нужно удалить.
2. Дублирование. Один и тот же код выполняет одно и то же действие в нескольких местах программы. Вынесите эту часть в отдельную функцию.
3. Имена переменных, функций или классов не передают их назначение. Имена должны сообщать, почему элемент кода существует, что он делает и как используется. Если видите, что намерения программиста непонятны без комментария, — рефакторьте.

Примеры корректных имен: totalScore — переменная, означающая итоговый счёт в игре, maxWeight — максимальный вес. Для функций и методов лучше использовать глаголы, например: saveScore () — сохранить счет, setSize () — задать размер, getSpeed () — получить скорость.

Слишком длинные функции и методы. Оптимальный размер этих элементов — 2-3 десятка строк. Если получается больше, разделите функцию на несколько маленьких и добавьте одну общую. Пусть маленькие выполняют по одной операции, а общая функция их вызывает.

Слишком длинные классы. То же самое. Оптимальная длина класса — 20–30 строк. Разбейте длинный класс на несколько маленьких и включите их объекты в один общий класс.

Слишком длинный список параметров функции или метода. Они только запутывают, а не помогают. Если все эти параметры действительно нужны, вынесите их в отдельную структуру или класс с понятным именем, а в функцию передайте ссылку на него.

Много комментариев. Плохой код часто прикрывается обильными комментариями. Если почувствовали желание пояснить какой-то участок кода, попробуйте сначала его переписать, чтобы и так стал понятным. Бесполезные комментарии загромождают программу, а устаревшие и неактуальные вводят в заблуждение.

После каждой правки посмотрите на соседние участки кода: возможно, их тоже стоит поправить и сделать понятнее. И на те участки кода, которые давно не редактировались, — они уже могли стать некорректными.

После каждого изменения программу надо тестировать, поэтому перед началом рефакторинга подготовьте комплект тестов: модульных , функциональных или интеграционных . Изменения при рефакторинге вносятся небольшие, так что ошибки обычно легко найти и исправить.

Код чистят и на этапе тестирования, когда всё уже готово и проверяется работоспособность программы. Тут разработчик выполняет требования тестировщиков и одновременно проводит рефакторинг.

Как правило, руководители проектов понимают важность рефакторинга и делают его элементом разработки. Особое место он занимает в экстремальном программировании , когда программисты попеременно то пишут код и разрабатывают тесты, то проводят рефакторинг написанного.

Не страдайте перфекционизмом! Если вы поправили какой-то кусочек кода, не надо перетряхивать всю программу, разыскивая, что ещё можно улучшить. Стремление к совершенству вечно, но лучше обойтись без фанатизма.

В чём опасности рефакторинга

Мы всё-таки меняем рабочий код. Тут можно не только всё упростить, но и сильно напортачить. Небрежный рефакторинг может отбросить выполнение проекта на дни и недели.

Опасно делать рефакторинг не постоянно, а от случая к случаю. Соблазн сильно улучшить код становится невыносимым. Вы всё глубже закапываетесь в программу и копаете себе яму, в которой легко увязнуть.

Рефакторьте постоянно и по чуть-чуть.

Иногда бывают злоупотребления: рефакторинг может стать способом саботажа, отговоркой, с помощью которой откладываются важные релизы и внедрение новых фич.

Но всё равно нельзя пренебрегать усовершенствованием кода, потому что это лучший способ ускорить работу в будущем.

Хотите создавать эффективные приложения с минимальным количеством ошибок, чистым и понятным кодом? На наших курсах учат не только языкам программирования, но и процессу разработки: проектированию, рефакторингу, тестированию и дебагу.

Источник